Effekten antioksidanttilskudd har på makismalt oksygenopptak, arbeidsøkonomi og blod etter en periode med utholdenhetstrening hos utrente personer

Transkript

1 k Magnus Midttun Effekten antioksidanttilskudd har på makismalt oksygenopptak, arbeidsøkonomi og blod etter en periode med utholdenhetstrening hos utrente personer Hvilen effekt har daglig tilskudd med vitamin C og vitamin E, kombinert utholdenhetstrening på adaptasjonen i det kardiovaskulære systemet hos utrente personer. Masteroppgave i idrettsvitenskap Seksjon for idrettsmedisinske fag Norges idrettshøgskole, 2013

2

3 Sammendrag Innledning: Under trening øker dannelsen av frie radikaler og andre reaktive oksygenforbindelser (ROS). Det kan se ut som at generering av frie radikaler og ROS i muskelcellene kan bidra i den cellulære signaleringen som er forbundet med treningstilpasninger (f.eks. økt aerobe kapasiteten). Antioksidanter er nødvendig å beskytte cellene mot oksidative skader ved å kontrollere nivåene av frie radikaler og ROS. Dermed kan det tenkes at tilskudd med store mengde antioksidanter kan redusere nivåene av ROS så kraftig at det kan ha negativ effekt på tilpasningene som normalt skjer ved utholdenhetstrening. C- og E-vitamin er de to mest kjente og brukte eksogene antioksidantene, og som ofte benyttes som kosttilskudd. Hensikten med denne studien var derfor å undersøke hvilke effekt store, daglige doser C- og E-vitamin har på treningstilpasningene til aerob utholdenhetstrening. Metode: Denne placebo-kontrollerte studien hadde et dobbelt-blindet design. Fjorten utrente forsøkspersoner (7 menn og 7 kvinner; 28,2 ± 7,8 år, maksimalt oksygenopptak (VO 2maks ); 51,6 ± 7,7 ml kg -1 min -1 ) ble randomisert inn i en antioksidantgruppe (AG, n=7) eller en placebogruppe (PG, n=7). AG inntok 1000 mg C-vitamin og 235 mg E- vitamin daglig, mens PG inntok placebopiller. Treningsprogrammet bestod av 3-4 ukentlige utholdenhetsøkter i uker. Treningene bestod av intervalløkter (4x4 min, opp til 5x6 min; > 90 % maksimal hjertefrekvens (HF maks )) og langkjøringsøkter (30 og 60 min. hhv.; 85 % HF maks og 75 % HF maks ). Det ble gjennomført tester før, etter ca. 5 uker og ca uker. Det ble målt: VO 2maks og arbeidsøkonomi ved submaksimale belastninger (60 og 85 % av tilvennings-vo 2maks ), løpsprestasjon ved 20 meter-multistage-shuttle-run-test (20mMSRT), samt hemoglobinmasse (Hb masse ) og blodvolum (BV). Resultater: Det ble ikke funnet noen signifikante forskjeller mellom gruppene ved noen av de målte variablene, ved noen av testtidspunktene. Derimot økte VO 2maks (ml kg - 1 min -1 ) signifikant fra pre til post med hhv. 12,5 ± 6,6 % i AG og med 12,6 ± 6,4 % i PG (p<0,05). Det var en signifikant økning i løpslengde (20mMSSRT) hos AG på 16,3 ± 9,2 %,(p=0,006). PG økte løpslengden med 12,4 ± 18,1 %, men økningen var ikke 3

4 signifikant økning (p=0,083). Ved submaksimal belastning tilsvarende 60 % av tilvennings-vo 2maks ble det observert redusert VO 2, HF og subjektiv opplevelse av anstrengelse. Ved submaksimale belastninger tilsvarende 85 % av tilvennings-vo 2maks, ble de t en reduksjon i HF hos antioksidantgruppen fra pre til midt på 4,7 ± 6,5 %, fra pre til post på 5,3 ± 7,5 %. Placebogruppen reduserte sin HF signifikant (p=0,039) fra pre til post med 4,3 ± 4,4 %. Det ble ikke funnet noen signifikante endinger i BV og Hb masse, eller andre målte variabler. Diskusjon: Treningsprogrammet økte VO 2maks signifikant både i AG og PG, men uten at det ble observert noen endring i BV og Hb masse. Det synes heller ikke som de store mengdene C- og E-vitamin hindret treningsinduserte tilpasninger ved de submaksimale belastningene. Resultatene fra den foreliggende studien antyder at antioksidantsupplementering ikke hemmer de fysiologiske adaptasjonene til utholdenhetstrening. Konklusjon: Inntak av C- og E-vitaminer påvirket ikke treningstilpasningene til aerob utholdenhetstrening hos utrent personer. Nøkkelord: Utholdenhetstrening, antioksidanter, oksidativt stress, frie radikaler, maksimalt oksygenopptak, 20meter-multi-stage-shuttle-run-test, blodvolum hemoglobinmasse. 4

5 Forkortelser Forkortelse Betegnelse Måleenhet 20mMSRT "20meter-multi-stage-shuttle-run-test" (m) [Hb] Hemoglobinkonsentrasjon (g dl -1 ) ATP Adenosin trifosfat - BMI/KMI "Body-Mass-Index/Kropps-Masse-Indeks" (Kg m 2 ) BV Blodvolum (ml) CO Karbonmonoksid (ml) CO 2 Karbondioksid (ml) DNA Deoksyribonukleinsyre - FP Forsøksperson - Hb Hemoglobin - HbCO Karboksihemoglobin (ml) Hb masse Hemoglobinmasse (g) HCT Hematokrit (%) [La - ] b Laktatkonsentrasjon i blodet (mmol l -1 ) MV Minuttvolum (ml min -1 ) O 2 Oksygen (ml) ocorm "Optimized CO rebreathing method" - PGC-1α Peroxisom proliferator aktiverende reseptor γ co-aktivator 1α PV Plasmavolum (ml) RBC Røde blodceller -1 ( Rel.BV Relativ blodvolum (g kg -1 ) Re.Hb masse Relativ Hemoglobinmasse (g kg -1 ) Rel.PV Relativ plasmavolum (ml kg -1 ) RNA Ribonukleinsyre - ROS Reaktive oksygenstoffer - VO 2 Oksygenopptak (ml kg -1 min -1 ) VO 2maks Maksimalt oksygenopptak (ml kg -1 min -1 ) - 5

6 Forord Det er mange som fortjener å bli takket for å ha bidratt til denne masteroppgaven! Først og fremst vil jeg takke medstudent Fredrik Freuchen for samarbeidet på dette prosjektet. Et enkelt sitat fra deg oppsummerer vel egentlig det meste: Gi meg en utfordring!. Jeg vil benytte anledningen til også å takke mine to flotte og ekstremt dyktige veiledere, Gøran Paulsen og Trine Stensrud. Dere har bidratt med god oppfølgning gjennom hele prosjektet. Dørene har alltid vært åpen, og svarene på mine spørsmål har alltid blitt besvart innen kort tid. Vil gå så langt å kalle dere tidenes veiledere. Deltagerne i dette studiet fortjener en stor takk. Uten dere vil prosjektet aldri blitt noe av. Håper dere ikke mistet all treningslyst etter gjennomført treningsperiode. Takker ingeniør Svein Leirstein for god opplæring på testlaben og sertifisering for bruk av testlab. En stor takk må også rettes til Hege Wilson Landgraff og Hege Nymo Østegård, for målinger av blodvolum og blodprøvetagning. Dere har virkelig stått på! Takk til ph.d. student Tormod Skogstad Nilsen for hjelp med tabeller og enkelte utregninger. Ønsker deg lykke til med ditt videre arbeid på doktorgraden. En spesiell takk rettes også til Andreas Angeltveit som jeg har delt masterkontor med det siste året. Uten dine oppmuntrende og velvalgte kommentarer så ville ikke dette året blitt det samme. Christian Helland og resten av kollegaene ved Olympiatoppen fortjener også en takk. Vil gjerne takke øvrige ansatte og medstudenter ved Norges Idrettshøgskole, spesielt ved seksjonen for idrettsmedisin og fysisk prestasjonsevne. Vil sist, men ikke minst takke familien for at dere har behold troen på denne oppgaven selv når det har sett som mørkest ut. Magnus Midttun Oslo, mai

7 Innholdsliste Sammendrag... 3 Forkortelser... 5 Forord Innledning Problemstilling Hypotese Teori Fysiologiske adaptasjoner til utholdenhetstrening Utholdenhet Hjertet Hematologi (blodet) Lungene Metabolske adaptasjoner i musklene Arbeidsøkonomi Maksimalt oksygenopptak Oksidativ skade Mekanismer bak oksidativ skade Frie radikaler Treningsindusert oksidativ stress Tilpasning til treningsindusert oksidativt stress Antioksidanter Antioksidantforsvaret Nettverk av antioksidanter Antioksidanter og utholdenhetstrening Metode Rekruttering av forsøkspersonene Beskrivelse av forsøkspersonene Treningsbakgrunn Design av studien Ernæring Tidsplan Treningsprogrammet Kosttilskudd Målemetoder Tilvenning av maksimalt oksygenopptak Submaksimalt oksygenopptak Maksimalt oksygenopptak meter-Multi-Shuttle-Run-Test Måling av laktat Måling av blodvolum og hemoglobinmasse Blodprøver Kroppssammensetning

8 Treningsdagbok og pulsklokke Statistikk Resultat Kroppssammensetning Maksimale målinger Maksimalt oksygenopptak meter-Mulit -Shuttle-Run-Test Hematologiske verdier Submaksimale målinger Submaksimale målinger ved 60 % av maksimalt oksygenopptak Submaksimale målinger ved 85 % av maksimalt oksygenopptak Diskusjon Maksimale målinger Maksimalt oksygenopptak Laktat etter maksimale målinger Prestasjonstest ved 20meter-multi-shuttle-run-test Hematologi Submaksimale målinger Arbeidsøkonomi ved oksygenopptak Hjertefrekvens ved submaksimal belastning Blodlaktat ved submaksimale målinger Borgs skala ved submaksimale belastninger Styrker og begrensninger ved studien Konklusjon Referanser Tabelloversikt Figuroversikt Vedlegg

9 1. Innledning Fysisk aktivitet og kosthold er to temaer som debatteres mye i dagens samfunn blant mosjonister, toppidrettsutøvere og i media. Det bedrives oftest fysisk aktivitet for å forbedre helse og/eller øke prestasjon. Næringen man inntar spiller en stor og viktig rolle for oppnå ønsket effekt (Bloomer, 2007; Rodriguez, Di Marco, & Langley, 2009). Det er derfor stor interesse rundt kosthold. Effektene av forskjellig fysisk aktivitet er forholdvis godt dokumentert både i forhold til helse og prestasjon (McArdle, Katch & Katch, 2007; Bahr, 2009). Kosthold er også et tema det etterhvert foreligger mye dokumentasjon vedrørende effektene på helse og prestasjon (Bloomer, 2007; Rodriguez et al., 2009). Utholdenhet i forskjellige former er kanskje den treningen som er mest utbredt blant mennesker. Gjennom flere år med forskning og erfaringer har man funnet flere metoder for å optimalisere utholdenhetstreningen. Eksempler på dette er intervalltrening, rolig langkjøring, trening i bestemte intensitetssoner/pulssoner, total belastning, hyppighet, med mer. Riktig og tilstrekkelig næring er viktig for å oppnå best mulig effekt av utholdenhetstreningen (Rodriguez et al., 2009). Det foreligger i dag en del kunnskap rundt hvilke fysiologiske adaptasjoner ulike treningsmetoder gir og hvilke mekanismer som blir påvirket ved utholdenhetstrening. For eksempel vil det kardiovaskulære systemet (hjerte- og sirkulasjons- systemet) tilpasse seg, musklene forbedrer sine metabolske egenskaper, samt andre fysiologiske faktorer kan tilpasse seg (Basset & Howley, 2000; Joyner & Coyle, 2008). Betydningen av oksidativt stress (dannelse av frie radikaler), som oppstår i blod og muskler ved trening, er et område det ikke foreligger like mye kunnskaper om. Det kan virke som trening i seg selv øker produksjonen av frie radikaler og andre reaktive oksygen- og nitrogen-forbindelser (ROS) (Radak, Chung, Koltai, Taylor, & Goto, 2008; Ristow et al. 2009; Powers & Jackson, 2008; Peternlj & Coombes, 2011). Oksidativt stress kan føre til at viktige strukturelle eller funksjonelle komponenter skades, slik som lipidmembraner, lipoproteiner, signalmekanismer og ribonukleinsyre (RNA) eller deoksyribonukleinsyre (DNA), samt andre cellullære forbindelser. Det kan imidlertid også virke som dette er nødvendig for å sette i gang en rekke tilpasningsprosesser etter trening (Radak et al. 2008; Ristow et al. 2009). Det er disse prosessene som kan være 9

10 med på å gjøre oss mer utholdende. Antioksidanter, både de som produseres av cellene selv (endogene) og de som tilføres via næring (eksogene) er en del av antioksidantforsvaret i kroppen. Dette forsvaret vil kjempe mot frie radikaler og prøve dempe det oksidative stresset (Powers & Jackson, 2008; Peternlj & Coombes, 2011). Antioksidantforsvaret kan bli overstimulert, ved for eksempel å tilføre kroppen et antioksidantsupplement. Dette kan stimulere til et høyere treningsindusert oksidativt stress eller dempe det oksidative stresset mye, noe som igjen kan hemme utholdenhetsprestasjonen (Radak et al. 2008; Ristow et al., 2009; Peternlj & Coombes, 2011). Kosttilskudd er en stor industri med mange aktører, hvor det masseproduseres tilskudd for å møte etterspørselen i befolkningen. Kunnskapen rundt næringsstoffenes viktige rolle for optimal helse og prestasjon brukes ofte av kosttilskuddsprodusentene for å skape et behov, dette skaper en etterspørsel som ikke nødvendigvis er der (Bjelakovic & Gluud, 2007; Bloomer, 2007). Kosttilskudd i form av forskjellige antioksidanter har vært tilgjengelig på markedet i mange år. Dette er av de mest vanlige tilskuddene hos mosjonister og toppidrettsutøvere (Maughan, Depiesse & Geyer, 2007). Vitamin C og E er de mest kjente eksogene antioksidantene hos mennesker og er til nå de mest brukt i antioksidanttilskudd (Drevon, Blomhoff & Bjørneboe, 2007; Peternlj & Coombes, 2011). Blant regelmessig fysisk aktive i USA er det funnet utbredt bruk av vitamintilskudd. 25 % av kvinnene og 16 % av mennene i en studie på tallet i USA tok vitamintilskudd daglig. Det ble også funnet at i overkant av 50 % av alle eliteutøvere i utholdenhet og rundt 40 % av andre aktive utøvere fra 1990-tallet i USA inntok vitamintilskudd daglig. Dosene de inntok var høyere enn det som var anbefalt daglig inntak (Sobal & Marquart, 1994; Rodriguez et al., 2009). Medikamentbruken blant utøvere som deltok i sommer OL i Athen (2004), ble undersøkt. Resultatene viste at 43,2 % av 1779 utøvere brukte vitamintilskudd (Tsitsimpikou et al., 2009). Tidligere studier har undersøkt effekter av C- og E-vitaminsupplement i forhold til utholdenhetsprestasjon og fysiologisk adaptasjoner. Resultater fra studier viser at supplement med C- og E- vitamin kan ha negative effekter (Gomez-Cabrera et al., 2008a & 2008b; Ristow et al. 2009) på utholdenhetsprestasjon og enkelte fysiologiske adaptasjoner ved utholdenhetstrening. Resultater fra andre studier viser at supplement med C- og E-vitamin ikke gav effekt på utholdenhetsprestasjon og fysiologiske 10

11 adaptasjoner ved utholdenhetstrening, utover det vanlig kosthold og utholdenhetstrening i seg selv har (Zoppi et al. 2006; Aguiló et al. 2007; Roberts, Beattie, Close & Morton, 2011; Yfanti et al., 2010, 2011, 2012). Det er imidlertid ikke funnet at supplement av C- og E-vitamin har noen positiv effekt på utholdenhetsprestasjon eller enkelte fysiologiske adaptasjoner som normalt er sett ved regelmessig utholdenhetstrening hos mennesker (Peternlj & Coombes, 2011; Nikolaidis, Kerkisick, Lamprecht & McAnulty, 2012). For å måle kroppens aerobe kapasitet bruker man ofte et mål på kroppens maksimale oksygenopptak (VO 2maks ), som ble brukt i vår studie (Basset & Howley, 2000; Joyner & Coyle, 2008). Det er også tidligere sett en økning i blodvolum (BV) ved forbedret aerob kapasitet. Økning i aerob kapasitet er også vist å kunne påvirke andre hematologiske variabler (Convertino, 1991; 2007). Det er således interessant å undersøke om supplement av antioksidanter har negativ, positiv eller ingen effekt på fysiologiske adaptasjoner etter utholdenhetstrening Problemstilling Hvilken effekt har daglig supplementering med vitamin C (1000 mg) og vitamin E (235 mg) på de fysiologiske adaptasjonene relatert til aerob kapasitet etter 12 uker med utholdenhetstrening hos utrente personer mellom 18 og 45 år? 1.2. Hypotese Hypotesen for denne dobbeltblinde, placebo-kontrollerte studien er: daglig tilskudd med vitamin C (1000 mg per dag) og vitamin E (235 mg per dag), kombinert med 3-4 utholdenhetsøkter i 12 uker, vil redusere adaptasjonen i det kardiovaskulære systemet hos utrente personer. For å undersøke dette målte vi: maksimalt oksygenopptak (VO 2maks ), hjertefrekvens (HF), laktat i blodet ([La - ] b ), blodvolum (BV), og hemoglobinmasse (Hb masse ). I tillegg ble det målt løpskapasitet ved 20 meter multi-stage-shuttle-run-test (20mMSRT) og arbeidsøkonomi ved submaksimale belastninger (60 og 85 % av tilvennings-vo 2maks ). 11

12 2. Teori 2.1. Fysiologiske adaptasjoner til utholdenhetstrening Utholdenhet Utholdenhet, som foregår aerobt (tilstrekkelig med oksygen (O 2 )) og/eller anaerobt (ikke tilstrekkelig O 2 ), defineres som kroppens evne til å unngå tretthet (Joyner & Coyle, 2008). Aerob utholdenhet blir ofte definert som organismens evne til å arbeide med relativt høy intensitet over lengre tid (Jones & Carter, 2000; Basset & Howley, 2000; Joyner & Coyle, 2008). Det virker i hovedsak å våre to faktorer som bestemmer den enkeltes utholdenhet; hvor mye O 2 kroppen klarer å ta opp per tidsenhet og hvor effektivt kroppen klarer å nyttiggjøre O 2 som blir tilbudt (Basset & Howley, 2000; Joyner & Coyle, 2008). Det vil si kombinasjonen av maksimal aerob energi som blir produsert (maksimalt oksygenopptak (VO 2maks )) og evnen til å overføre denne energien til muskelkraft (arbeidsøkonomi). En person med god utholdenhet vil under belastning ha større forutsetninger for å få i seg mer O 2, pumpe ut mer blod og utnytte det som fraktes rundt bedre, sammenlignet med en som har dårligere utholdenhet (Basset & Howley, 2000) Hjertet Hjertets funksjon er å pumpe blod ut i organismen. Mengden blod hjertet pumper ut per slag kalles slagvolum (SV) (McArdle et al. 2007). SV er differansen mellom endediastolisk volum (EDV) og endesystolisk volum (ESV). EDV øker som funksjon av at blodvolumet blir større (Sutton, 1992; Convertino, 2007), det maksimale ventrikkelvolumet blir større og hjertets elastisitet øker (Levine, Lane, Buckey, Friedman & Blomqvist, 1991). Det er sett at utholdenhetstrening kan øke størrelsen på hjertet med 25 % (Koc, Bozkurt, Akpinar, Ergon & Acartürk, 2007). Denne egenskapen kan forbedres ved trening (Convertino, 1991, 2007; Levine, 2008). Godt utholdenhetstrente personer har som oftere lavere hjertefrekvens (HF) enn utrente ved samme belastningen (Rowell, 1986; Warbourton & Brebin, 2012). Dette er da sett fordi SV er signifikant høyere hos utholdenhetstrente personer, enn hos utrente. Dette gjelder både i hvile og under tester med økende belastning (Krip, Gledhill, Jamnik & Warburton, 1997). Det kan derfor virke som SV kan være en nøkkelfaktor for å skille mellom godt trente og utrente (Warbourton & Brebin, 2012). 12

13 Den mengden blod som pumpes ut per minutt betegnes som hjertets minuttvolum (HF SV = MV). MV hos friske individer tilpasses organismens krav og hjertets evne til å pumpe ut tilstrekkelig mengde blod. Ved økende intensitet vil muskelens krav til blodforsyning øke og hjertets egenskap til å pumpe blod vil være den største begrensingen for å opprettholde intensiteten (Basset & Howley, 2000). En person med et stort MV vil ha en større blodforsyning til de arbeidene muskelcellene sammenlignet med en person med lavere MV (Basset & Howley, 2000). En rekke adaptasjoner som er med på å øke hjertets SV og dermed MV ved trening, ventrikkelens ettergivenhet, redusert motstand i perikard, økt størrelse på hjertet, tidligere og raskere fylling av hjertet og treningsindusert hypervolemi (Warburton & Gledhill, 2008) Hematologi (blodet) Blodet sammen med hjertet betegnes som det kardiovaskulære system (Åstrand, Rodahl, Dahl & Strømme, 2003). Blodets hovedoppgave er å fungere som et transportsystem. Dette omfatter transport av blant annet gassene O 2 og CO 2, energikilder og byggesteiner som glukose, aminosyrer og forskjellige fettstoffer til musklene. Det er også viktig for å transportere avfallsstoffer ut av kroppen (McArdel et al. 2007). Blodet består av et stort antall erytrocytter (røde blodceller), levkocytter (hvite blodceller) og trombocytter (cellefragmenter/blodplater) som er oppløst i en ekstracellulær væske (plasma). Rundt halvparten av blodet består av plasma, den resterende mengden er blodceller (McArdel et al. 2007). Ved økende intensitet stiger kroppens behov for næring og O 2. For å opprettholde aktiviteten må muskelen få tilført nok næring og O 2 fra blodet, tilsvarende etterspørselen som foreligger (McArdel et al. 2007). Blodvolum Summen av erytrocyttvolum (EV) og plasmavolum (PV) blir ofte kalt blodvolum (EV+PV = BV). BV i liter er normalt hos utrente på 7-8 % av kroppsvekten, som betyr at en person på 70 kg vil ha rundt 5 liter i BV. Dette tilsvarer den mengden blod som strømmer gjennom kroppen i løpet av ett minutt i hvile (McArdel et al., 2007). Personer som er trent har ofte % høyere BV enn sedate. Dette gjelder for begge kjønn 13

14 (Kjellberg, Rudhe & Sjostrand, 1949), og virker å være uavhengig av alder (Convertino, 1991). At BV øker er en av de viktigste fysiologiske adaptasjonene til utholdenhetstrening, dette blir ofte kalt treningsindusert hypervolemi (Convertino, 1991). BV øker raskt innen de 24 første timene etter en treningsøkt, og når et platå ca. en uke etter treningsøkten. Det totale BV øker enten gjennom at antall blodlegemer øker, eller ved at plasmanivået øker. Treningsindusert hypervolemi virker å flate ut etter ca dager med trening. Etter ca. to uker med trening kan stort sett hele økningen i BV forklares med økning av PV, uten at man ser noe særlig økning EV. Dersom trening opprettholdes mer enn 2-4 uker vil økningen i BV være fordelt mellom PV og EV (Convertino, 1991; 2007). Plasmavolum Det er i hovedsak to mekanismer som fører til et økt PV (Convertino, 2007). En mekanisme går ut på at i løpet av en utholdenhetstrening vil det skje en akutt reduksjon av PV. Denne akutte reduksjonen skjer proporsjonalt med metabolske og/eller termisk krav (Convertino, Greenleaf, & Barnauer, 1980a; Convertino, Keil, Bernauer & Greenleaf, 1981). Dette tapet av sirkulerende volum blir fulgt av økt elektrolyttkonsentrasjon og osmolaritet, som fører til aktivering av renin-angiotensinaldosteron systemet i nyrene. Denne aktiveringen fører trolig både til frigjøring av både aldosteron fra binyrbarken og til en økt utskillelse av antidiuretisk hormon (ADH), også kalt vasopressin, fra hypofysen (Convertino et al., 1980a, b; 1981). Aldosteron øker opptaket av natrium i nyrene, og vasopressin reabsorberer vann. Dette fører sammen til økt PV og dermed også BV. Den andre mekanismen er at trening øker mengden plasma protein i blodbanen (Convertino et al.,1980b; Convertino, 1991). Dette fører til økt osmotisk trykk i blodet og en større andel av den ekstracellulære væsken vil trekke inn i blodbanen og øke PV (Convertino et al., 1980a, b; 1981; Convertino, 1991; 2007) Erytrocytter To viktige faktorer for den aerobe kapasiteten er den totale mengden erytrocytter og deres kapasitet til å levere O 2 til organismens celler (Convertino, 2007). Erytrocyttene utgjør mer enn 90 % av den totale andelen blodceller. Disse har som hovedoppgave å transportere O 2 fra lungene og rundt til organismens celler ved hjelp av hemoglobin (Hb), for så å transportere CO 2 fra cellene og tilbake til lungene. Andelen som røde blodceller utgjør av hele blodvolumet kalles hematokritt (HCT), gjennomsnittlig 14

15 normalverdi for kvinner er 42 % og for menn er % (McArdel et al., 2007). Vi kan også måle blodets kapasitet til å frakte O 2, i tillegg til HCT, ved å se på konsentrasjon av hemoglobin ([Hb]). Erytrocyttene produseres i benmargen og er hormonelt regulert. Den modne røde blodcellen har verken kjerne eller organeller, ribonukleinsyre (RNA) eller deoksyribonukleinsyre (DNA). Det betyr at røde blodceller ikke er i stand til å opprettholde sin normale struktur i mer enn rundt 120 dager (McArdel et al., 2007). Hos personer som trener eller er idrettsaktive er levetiden kortere på grunn av økt stressnivå på cellene. Enkelte personer som trener mye velger derfor å innta antioksidanttilskudd i håp om dempe den reduserte levetiden til erytrocyttene (Svensson et al., 2002). Hemoglobin Hemoglobin er et protein som det finnes store mengder av i de røde blodcellene, og utgjør ca. 95 % av proteinene i erytrocyttene(mcardel et al. 2007). Hb-molekylet binder og avgir O 2 veldig lett. Hb består av fire polypeptidkjeder og fire hemgrupper. Hver hemgruppe inneholder et jernatom som kan binde til seg et O 2 -molekyl. Hver erytrocytt inneholder ca. 300 millioner Hb-molekyler. Normalverdi for [Hb] er gjennomsnittlig på ca. 15 g. dl -1. Det er noe høyere for menn (ca. 16 g. dl -1 ) enn for kvinner (14 g. dl -1 ) (McArdel et al. 2007). Grunnen til dette skyldes i hovedsak det mannlige kjønnshormonet testosteron, som er med på å stimulere produksjonen av erytrocytter (McArdel et al. 2007). Hemoglobinmasse (Hb masse ) er den totale mengde Hb hver enkelt har i kroppen. Hb masse kan derfor med på å påvirke VO 2maks. Hvis Hb massen øker sammen med PV, vil dette føre til en økning i BV. Dette vil føre til at [Hb], blodets kapasitet til å frakte O 2, opprettholdes ved et økt BV. En økning i Hb masse uten tilsvarende økning i PV vil føre til økt [Hb], noe som fører til økt transportkapasitet for O 2 i blodet (Eastwood, Hopkins, Bourdon, Withers & Gore, 2008). Dette igjen kan føre til økt A-VO 2 - differanse. Det er sett en korrelasjon mellom Hb masse og [Hb] i forhold til VO 2maks på ca. 0,8. Det ser derfor ut som at Hb spiller en viktig rolle for VO 2maks (Schmidt & Prommer, 2008). Studier på blod og blodvolum Det er tidligere blitt gjort flere studier for å måle BV effekt på kardiovaskulær funksjon og på aerob kapasitet. Det er funnet en effekt av Hb og BV på aerob kapasitet, hvor BV spilte en stor rolle for MV og VO 2maks (Warburton & Berbin, 2012). BV og Hb masse virker å stige proporsjonelt med forbedret VO 2-maks (Convertino, 1991). Det er vist i en 15

16 tverrsnittstudie at trente har et % høyere blodvolum (økt mengde plasma og blodlegemer) enn utrente. Denne effekten virker å være tilstede uavhengig av alder (Kjellberg et al., 1949; Convertino, 1991) og kjønn (Kjellberg et al., 1949; Convertino, 1991). BV er vist å øke akutt etter en enkelt treningsøkt, % økning innen et døgn etter økten (Green et al., 1984; Gillen et al., 1991). Det er observert en reduksjon i BV hos svært godt trente personer 10 dager etter at treningen opphørte helt. Det kan derfor virke som det er en treningseffekt på BV (Convertino, 1991; 2007), men det er tidligere også funnet ingen endring i BV (Bass, Buskirk, Iampietro Mager, 1958; Eastwood et al., 2012) og en reduksjon i BV (Dill, Hall, Hall, Dawson & Newton, 1966; Eastwood et al., 2012). De ulike resultatene kan skyldes forskjellig utgangspunkt hos FP, ulik trenings - frekvens, -varighet, -intensitet og ulike metoder for å estimere BV (Convertino, 2007). Under vanlige omstendigheter kan ikke utholdenhetstrening øke [Hb] i blodet. [Hb] er avgjørende for O 2 -kapasiteten i blodet, og det er mulig å øke denne ved å være i høyden (Schmidt & Prommer, 2008). Det er lavere O 2 -trykk i høyden, og derfor vil kroppen øke erytrocyttproduksjonen og dermed dekke det økende behovet for O 2. Det er også funnet at utholdenhetstrening (40 min/dag, forgikk ikke i høyden) ikke påvirket Hb masse til en gruppe utrente personer. De så imidlertid at Hb masse korrelerte signifikant med VO 2maks (Eastwood et al., 2012) Lungene Hovedoppgaven til lungene er å mette blodet med O 2. I hvile er hemoglobinet i kapillærene rundt alveolene mettet med ca % O 2. Lungene har ikke den samme adaptasjonen til utholdenhetstrening, som de kardiovaskulære- og metabolskesystemene (Bassett & Howley, 2000; McKenzie, 2012). Det er ikke observert noen strukturelle endringer i lungene, luftveiene eller brystet etter regelmessig utholdenhetstrening, utenom bedret styrke og utholdenhet i respirasjonsmusklene (McKenzie, 2012). Dette kan være fordi kapasiteten i lungene er større enn kravene som stilles til ventilasjon og gassutveksling under utholdenhetstrening (Dempsey, 1986; McKenzie, 2012) Metabolske adaptasjoner i musklene Ved utholdenhetstrening vil kroppens kapasitet til å levere O 2 og næring til de arbeidene musklene øke. Blodet frakter med seg næringsstoffer fra fordøyelsessystemet og O 2 fra lungene (McArdel et al., 2007). Næring, som i hovedsak kommer fra glykogen og fett, 16

17 noe proteiner, benyttes til å danne adenosintrifosfat (ATP) for å iverksette muskelkonsentrasjoner (McArdel et al., 2007). Dette skjer kontinuerlig for at kroppen skal klare å opprettholde arbeidet. For å prestere best mulig ved utholdenhetsaktiviteter er man avhengig av at aerob nedbrytning av fett og glykogen er god (Hood, Irrcher, Ljubicic & Joseph, 2006). Mitokondriene Mitokondriene er vitale organeller med mange viktige roller i cellene. Antall mitokondrier kan variere fra noen få til mange hundre i hver celle (McArdel et al., 2007). Det er størst antall i celler med høy energiomsetning, som muskelceller. Ved økt behov for energifrigjøring i en celle, for eksempel under aerob trening, vil antallet og størrelsen på mitokondriene etter hvert øke slik at regenerering av ATP kan holde følge med cellens økte energibehov (Zoll et al., 2002; Daussin et al., 2008;). Mitokondriene er det viktigste stedet for ATP produksjon i cellene (ca. 90 % av produksjonen) (McArdle et al. 2007). Økningen av mitokondrieinnhold i cellene, kalles mitokondriell biogenese (Hood, 2009). Hos utrente som begynner med aerob trening kan man se en økning i mitokondrieinnhold på mellom % i løpet av de første 6 ukene. Det virker som den største økningen i mitokondrieinnhold skjer de første 6 ukene, og at det avtar gradvis etter dette. Når trening opphører virker det som man taper mitokondrier dobbelt så fort som de ble produsert (Hood, 2001). Peroksisom-proliferator-aktiverende reseptor γ ko-aktivator 1α Hovedregulatoren til mitokondriell biogenese er proteinet peroksisom-proliferatoraktiverende reseptor γ ko-aktivator 1α (PGC-1α) (Coffey & Hawley, 2007; Roberts et al, 2011). PGC-1α er en transkripsjon-ko-aktivator som påvirker et stort spekter av transkripsjonsfaktorer involvert i ulike biologiske responser. Den er blant annet med på å regulere mitokondriell biogenese (Hood et al., 2006) og det endogene antioksidantsystemet (Gomez-Cabrera et al., 2008; Ristow et al., 2009). PGC- 1α virker å øke volumet og bedrer funksjonen til mitokondriene, og er derfor ansett som en viktig regulator av mitokondrier i skjelettmuskulatur. Utrykket av PGC-1α kan stimuleres ved blant annet utholdenhetstrening (Hood et al., 2006; Hood, 2009). 17

18 Kapillærtetthet For at muskelcellene skal klare å opprettholde kravet til energiomsetning ved økende intensitet trenger de tilstrekkelig med næringsstoffer og O 2. En adaptasjon til utholdenhetstrening er da at kapillærtettheten rundt de arbeidene muskelfibrene øker (angiogenese) (Saltin, Henriksson, Nygaard, Andersen & Jansson, 1977; Coffey & Howley, 2007; Hudlicka & Brown, 2009). Dette fører til at gjennomstrømmingen av blod forbedres og tiden for gjennomblødning forlenges (Coffey & Howley, 2007) og fører til at utnyttelsen av næringsstoffer og O 2 forbedres (McArdel et al., 2007). Det er observert at kapillærtettheten etter utholdenhetstrening kan øke med ca. 20 %. Endring i kapillærtetthet er rapportert etter 1 2 uker med utholdenhetstrening (Hudlicka & Brown, 2009). Muskelfibertype Muskler spiller en viktig rolle i bevegelsesmønsteret til mennesket, varmeproduksjon og hastighet på metabolismen. Ved muskelkontraksjoner blir de motoriske enhetene aktivert. Muskelfibrene innen denne motoriske enheten har de samme egenskapene (Saltin et al., 1977). Skjelettmuskelfibrene deles i to hovedtyper; de langsomme (type I) og de raske (type IIa og type IIx). Fibrene som hovedsakelig danner ATP ved oksidativ fosforylering (aerob energiomsetning), kalles oksidative fibrer (type I og IIa). De fibrene som i korte perioder klarer å dekke sitt ATP-behov ved glykolyse (anaerob energiomsetning), kalles glykolytiske fibrer. Dette er type IIx (de raske glykolytiske fibrene) (McArdel et al., 2007). Det viker ikke som trening øker antall muskelfibrer, men forandrer egenskapene til de fibrene som allerede finnes. Avhengig av treningsintensitet vil regelmessig utholdenhetstrening hovedsakelig påvirke de oksidative muskelfibrene (Saltin et al., 1977). Det er mulig å måle hvor mye O 2 som er forbrukt av musklene ved å måle hvor mye O 2 som er igjen i blodet etter det har passert musklene i forhold til mengden O 2 som ble tilbudt. Dette blir ofte kalt AV-O 2 -differansen, altså differansen mellom O 2 -innholdet i arterieblodet og O 2 -innholdet i veneblodet (Åstrand et al., 2003; Levine, 2008). Hos personer som er godt trente finner man mindre O 2 etter at blodet har passert musklene enn hos mindre trente personer. Denne forbedringen kan økes med 5-6 % ved trening (Levine, 2008). 18

19 2.2. Arbeidsøkonomi Et mål på hvor mye energi en person forbruker på en gitt arbeidsbelastning kalles arbeidsøkonomi (Bassett & Howley, 2000; Jones & Carter, 2000; Aasen et al., 2005). Regelmessig utholdenhetstrening kan føre til bedre arbeidsøkonomi. Fysiologiske, biomekaniske og antropometriske egenskaper er faktorer som påvirker arbeidsøkonomien (Saunders, Pyne, Telford & Howley, 2004). Hvor godt man presterer i en gitt utholdenhetsaktivitet er ofte avhengig av utnyttingsgraden. Utnyttingsgraden er den gjennomsnittlige prosenten av VO 2maks som utøveren kan oppnå ved en gitt arbeidstid. Dette henger ofte sammen med VO 2 ved den anaerobe terskelen. Den submaksimale utholdenhetskapasiteten virker å være bestemt ut fra både personens VO 2maks og anaerobe terskel (Larsen, 2003; Wilmore, Costill & Kenney, 2008). Testing av arbeidsøkonomi kan gjøres ved en indirekte metode der man måler VO 2 ved submaksimale belastninger (McArdel et al., 2007) Det er tidligere sett at arbeidsøkonomi har stor betydning for prestasjonen i utholdenhet (Jones & Carter, 2000). Personer med nesten lik VO 2maks og utnyttingsgrad, men med bedre arbeidsøkonomi presterer bedre enn personer med dårligere arbeidsøkonomi på samme utholdenhetstest (Jones, 1998; Larsen, 2003). Det kan virke som at eldre utøvere har bedre arbeidsøkonomi enn yngre utøvere (Krahlenbuhl & Williams, 1992; Morgan et al., 1995; Berg, 2003), og trente personer har bedre arbeidsøkonomi enn utrente personer (Morgan et al. 1995). Arbeidsøkonomi korrelerer med den totale treningsmengden som er gjennomført totalt gjennom livet (Jones & Carter, 2000) 2.3. Maksimalt oksygenopptak I tillegg til at arbeidsøkonomien øker ved utholdenhetstrening, øker også vanligvis VO 2maks. VO 2maks defineres som den maksimale mengden O 2 som kan bli tatt opp og utnyttet i kroppen under svært anstrengende dynamisk muskelarbeid (Hill & Lupton, 1923; Basset & Howley, 2000). Dette er koblet til hastigheten på den aerobe energiomsetningen (mitokondriel ATP-regenerering) (Basset & Howley, 2000). VO 2- maks begrenses av sentrale og perifere (lokale) faktorer. Sentrale faktorer er hjertestørrelse, blodmengde og lungefunksjon. Perifere faktorer er kapillærtetthet, kapillarisering, evnen til å kvitte seg med laktat, økt antall oksidative enzymer, distribusjon av blodstrøm, muskelfibertype, antall og størrelse på mitokondrier (Basset 19

20 & Howley, 2000). Dette kan beskrives ved hjelp av Ficks ligning. Fick ligning: VO 2maks = minuttvolum maks AV-O 2 -differansen maks Det er et proporsjonalt og lineært forhold mellom VO 2 og belastning, inntil VO 2-maks er nådd. Ved VO 2maks øker ikke VO 2 ytterligere, selv om belastningen øker (Hill & Lupton, 1923). VO 2maks målt i ekspirert luft er en god indikator på utholdenhetskapasiteten til den enkelte (Ingjer, 1991; McArdel et al., 2007). Energien kommer hovedsakelig fra fett og glukose, og blir frigjort gjennom et energisystem som er oksygenkrevende. Biproduktet når fett og glukose overføres til energi, er CO 2 og vann. For hver liter O 2 som omsettes i organismen frigjøres om lag 5 kcal (20 KJ), avhengig av hvilket næringsstoff som forbrennes. Måling av VO 2 kan således gi et bilde på hvor stor energiomsetningen er i kroppen. I dag måles dette enkelt ved hjelp av et ergospirometer med O 2 - og CO 2 -gassanalysator. Når man vet hvor mye O 2 og CO 2 det er i inspirasjonsluften (omgivelsene) og ekspirasjonsluften og kan oksygenopptaket estimeres med god nøyaktighet. VO 2 måles i liter O 2 per minutt (l min -1 ). For å relatere oksygenopptak til utholdenhetsprestasjon eller kardiorespiratorisk form, deler vi på kroppsvekt. Vi uttrykker dette som milliliter O 2 opptatt per minutt per kilo kroppsvekt (ml kg -1 min -1 ) (Ingjer, 1991). Det er tidligere observert at utrente personer kan øke sin VO 2maks med % etter et 6-20 uker med utholdenhetstrening (Carter, Jones & Doust, 1999). Hos godt utholdenhetstrente personer er det vanskeligere å øke VO 2maks ytterligere fra utgangsverdiene (Ingjer, 1991, 1992; Enoksen, Shalfawi & Tonnessen, 2011; Sunderland, Greer & Morrales, 2011). Flere studier har vist en sammenheng mellom VO 2maks og prestasjon (Ingjer, 1991; Di Prampero, 2003; Esfarjani & Larsen, 2007) Oksidativ skade Kroppen er avhengig av O 2, men når O 2 forbrennes kan det dannes skadelige biprodukter som kalles reaktive oksygenforbindelser (ROS), dette er for eksempel frie radikaler. Disse stoffene er pro-oksidanter. For mye pro-oksidanter kan føre til oksidativt stress som angriper celler i kroppen (Williams, Strobel, Lexis & Coombes, 2006). Hvis kroppens antioksidantforsvar ikke er adekvat, vil oksidativ skade 20

21 akkumuleres, og tilstanden oksidativt stress oppstår. Dette kan til slutt føre til at cellulære og fysiologiske funksjoner reduseres (Halliwell, 1996; Talalay, 2000; Lindsay & Astley, 2002) Mekanismer bak oksidativ skade Oksygen er med på å opprettholde all aerob metabolisme og er derfor livsviktig for at planter, dyr og mennesker skal kunne leve. I noen tilfeller kan biproduktet til O 2 være med på å skade cellene til biologiske organismer, ved å bryte ned kjemiske reaksjoner der et stoff binder seg med O 2. Dette kalles oksidering (Williams et al., 2006). Oksidering oppstår ved en kjemisk reaksjon der elektroner overføres fra et friskt molekyl til andre oksiderende stoffer (Peternlj & Coombes 2011). Antioksidanter er med på å beskytte eller senke hastigheten av oksidasjonen av kjemiske stoffer ved blant annet å la seg selv oksidere (Peternlj & Coombes 2011). Oksidering og reduksjon, kjent som redoksreaksjon, refererer til alle kjemiske reaksjoner hvor et atom i en forbindelse har sitt oksidasjonstall endret. Oksidasjonsnummeret er den effektive ladningen som det sentrale atomet i en forbindelse ville ha hvis alle elektroner ble fjernet. Oksidasjon er tap av elektroner, som gir en økning av oksidasjonsnummeret (Peternlj & Coombes 2011). Den omvendte prosessen kalles reduksjon, dvs. at et stoff avgir O 2 eller opptar hydrogen eller elektroner. En reduktant donerer elektroner og blir oksidert noe som fører til at en annen substans blir redusert (Williams et al., 2006; Powers & Jackson, 2008; Powers, Tallbert & Adhihetty, 2011). I et biologisk miljø, kalles ofte oksidanter og reduktanter henholdsvis pro-oksidanter og antioksidanter (Kohen & Nyska, 2002). En celles redoksstatus beskriver pro-oksidant/antioksidant balansen og spiller en viktig rolle i signalerings- og metabolske- prosesser (Kohen & Nyska, 2002; Peternlj & Coombes, 2011). Reaktive forbindelser kan deles inn i to kategorier: frie radikaler og ikke-radikale derivater. En radikal er enhver kjemisk forbindelse som kan eksistere med en eller flere uparede elektroner i den ytre atomiske- eller molekylære- banen (Powers & Jackson, 2008). Disse forbindelsene har økt affinitet til å donere eller skaffe et annet elektron for å bli mer stabil, noen som fører til dannelse av nye frie radikaler, som setter opp en kjedereaksjon (Peternelj & Coombes, 2011). 21

22 2.5. Frie radikaler Under fysisk aktivitet oppstår det frie radikaler i celler og vev. Frie radikaler er elektroner som blir frigjort gjennom biokjemiske prosesser i kroppen. De blir for eksempel dannet når kroppen bruker O 2 for å forbrenne næringsstoffer som karbohydrater og fett. Dette fører til at atomer og molekyler blir svært reaktive og kan modifisere proteiner, lipider, RNA eller DNA, og kan medvirke til å starte cellulære signalskader. Det ser derfor ut som at frie radikaler spiller en viktig rolle i både ødeleggelse av muskelvev, og i adaptasjonen som følger regelmessig fysisk aktivitet (Kohen R. & Nyska A., 2002; Blomhoff, 2004; Sachdev & Davies, 2008).Frie radikaler består i hovedsak av en gruppe forskjellige radikaler, som blant annet superoksid anionr adikal (O 2 -), nitrogenoksid radikal (NO ) som er kjent som de primere frie radikalene (Radak et al., 2000). Redoks-statusen i celler (innholdet av frie radikaler) beskriver balansen mellom pro-oksidanter og antioksidanter. Det kan virke som både økt og redusert innhold av frie radikaler direkte kan påvirke adaptasjon til trening både positivt og negativt (Niess & Simon, 2007; Vollaard, Shearman & Cooper, 2005). Celler og ekstracellulære områder er utsatt for et stort utvalg av reaktive forbindelser fra både eksogene og endogene kilder. De eksogene kildene inkluderer eksponering for O 2, stråling, luftforurensning, alkohol, tungmetaller, bakterier, virus, sollys, mat og mosjon/trening. Likevel er eksponering for endogene kilder mye mer omfattende, dette fordi det er en kontinuerlig prosess gjennom livet. Reaktive forbindelser er generert av alle aerobe celler som en del av normal metabolisme. Mitokondriene har vært kjent som den kilden hvor det produseres mest ROS (Kohen R. & Nyska A., 2002). Det har imidlertid blitt antydet at den faktiske andelen av O 2 omdannet til ROS kun utgjør ca. 0,15 % av det totale oksygenforbruket (St-Pierre, Buckingham & Roebuck, 2002), som er betydelig mindre enn tidligere anslag på 2-5 % (Sachdev & Davies, 2008). Til tross for det omfattende forsvaret kan en økning i ROS produksjon eller reduksjon i antioksidanter føre til progressive celleskader og nedgang i fysiologiske funksjoner. Når oksidantnivåene overstiger antioksidantnivåene er den homeostatiske balansen forstyrret og redoks-statusen blir mer pro-oksiderende. Denne ubalansen kalles oksidativt stress (Peternelj & Coombes, 2011). 22

23 2.6. Treningsindusert oksidativ stress Under muskelkontraksjoner produserer skjelettmuskulatur ROS. Utholdenhetstrening øker oksygenforbruket med opp til 20 ganger høyere enn hvile verdier. I mitokondriene til muskelceller som blir trent kan dette oksygenforbruket bli 200 ganger større enn i hvilende muskelceller. Treningsindusert oksidativt stress ble først beskrevet på tallet, da man observerte økte nivåer av produktet til lipid peroksidase i ekspirasjonsluften hos trenende mennesker (Dillard, Litov, Savin, Dumelin & Tappel, 1978) og i vev hos trenende rotter (Brady, Brady & Ullrey. 1979). I 1982, kom Davies et al. med det første beviset på at høyintensitets trening signifikant økte ROS produksjonen i muskler og lever hos rotter, og forårsaket skader på mitokondrienes membraner (Davies, Quintanilha, Brooks & Packer, 1982). Det er nå klart at reaktive forbindelser spiller en viktig rolle i skjelettmuskulaturens funksjon og metabolisme hos mennesker (Peternelj & Coombes, 2011) Tilpasning til treningsindusert oksidativt stress Celler tilpasser seg økt ROS produksjon ved å bli mer motstandsdyktige mot de negative effektene av oksidativt stress (Peternelj & Coombes, 2011). Det er imidlertid forskjell i effekten av en enkelt treningsøkt og regelmessig trening over tid. Regelmessig fysisk aktivitet fører til flere gunstige effekter og kroppen tilpasser seg de forhøyede oksidantnivåene, mens en akutt treningsøkt har marginal effekt. De akutte effektene er økt vasodilatasjon som forbedrer blodgjennomstrømming (Wagner, Köhler, Rückschloss, Just & Hecker, 2000), nærings transport og et skifte mellom aktivitet av enzymer, noe som kanskje ikke er tilstrekkelig til å gjenopprette oksidant-antioksidant homeostasen. Lengre stimulering av endogene forsvarsmekanismer krever kontinuerlig fysiologiske stimuli som opprettholder et visst nivå av pro-oksidative miljøer, og effektivt overbelaster antioksidantsystemet. Med trening tilpasser kroppen seg det treningsinduserte oksidative stresset og blir mer motstandsdyktige mot oksidative utfordringer. Dette oppnås gjennom er rekke forskjellige mekanismer, som for eksempel oppregulering av redoks-sensitive genekspresjoner og antioksidant enzymer (Gomez- Cabrera et al., 2008a; Ristow et al., 2009), en økning i enzymktivitet (Chang, Huang, Tseng & Hsuuw, 2007; Knez, Jenkins & Coombes, 2007), stimulering av protein omsetning (Pikosky et al., 2006), forbedring av DNA-reparasjon systemer (Radak et al., 23

24 2003), økt mitokondriell biogenese (Gomez-Cabrera et al., 2008a) og økt innholdet av heat-shock proteiner (HSP) i muskel (Khassaf et al., 2003; Fischer et al., 2006). Moderate nivåer av reaktive forbindelser virker å være nødvendig for ulike fysiologiske prosesser, mens overdreven ROS-produksjon kan forårsake oksidativ skade (Radak et al., 2008). Dette kan beskrives av begrepet hormesis: et dose-respons forhold, hvor en lav dose av et stoff ikke er adekvat, et moderat nivå er stimulatorisk eller fordelaktig, mens en høy dose er hemmende eller giftig. Responsen for økt dannelse av ROS i mitokondriene betegnes som mitokondriell hormosis eller mitohormesis (Radak et al., 2008; Ristow & Zarse, 2010). Den hormesiske handlingen til reaktive forbindelser kan være mekanismen bak de helsemessige- og prestasjons- fordelene man får ved regelmessig fysisk aktivitet (Peternelj & Coombes, 2011). Aerob utholdenhetskapasitet Oksidativ kapasitet Lite ROS Moderat ROS Mye ROS Figur 2.1: En hormesis kurve som viser effektene av ulike nivåer med reaktive oksygenforbindelse (ROS). Et moderat nivå av ROS fremmer den aerobe utholdenhetskapasiteten og den oksidative kapasiteten. For lite eller for mye ROS reduserer disse effektene. Figuren er hentet og modifisert fra Radak et al. (2008). Alle aerobe planter og dyr (mennesker) har etablert et omfattende forsvar mot oksidativ skade. Dette forsvaret har enzymatiske og ikke- enzymatiske komponenter som kan forebygge dannelse av frie radikaler, og som kan nøytralisere eller fjerne frie radikaler (Halliwell, 1996; Lindsay & Astley, 2002; Talalay, 2000). 24

25 2.7. Antioksidanter Antioksidanter er kjemiske stoffer som beskytter mot eller senker hastigheten på oksidasjonen av andre kjemiske stoffer (Powers & Jackson 2008). Antioksidanter er ofte delt inn i to grupper: de som stabiliserer ROS eller de som fjerner reaktive mellomprodukter. Førstnevnte, også kjent som forbyggende antioksidanter, stabiliserer fire radikaler ved å donere elektroner og selv bli oksydert, og danner mindre aktive radikaler. Sistnevnte bidrar til å forsinke eller stoppe de skadelige kjedereaksjonene ved å fjerne de frie radikalenes mellomprodukt. Celler kan modulere gener og aktiviteten av antioksidantenzymer for å takle det oksidative stresset. (Peternelj & Coombes, 2011) Antioksidantforsvaret For å motvirke reaktive forbindelser er vi utstyrt med et svært effektivt antioksidantforsvar. Dette inkluderer ikke- enzymatiske-, enzymatiske- og kostholdsantioksidanter (Powers & Jackson 2008). Glutation (GSH), urinsyre, lipoic syre, bilirubin og koenzym Q10 er eksempler på ikke enzymatiske antioksidanter som kommer fra endogene kilder og ofte er et biprodukt av cellenes metabolisme. De viktigste enzymatiske antioksidantene er superoksid dismutase (SOD), katalase, glutation (GSH) og glutation peroksidase (GPx), som også kommer fra endogene kilder (Powers & Jackson 2008). De mest kjente eksemplene på antioksidanter er tokoferoler (vitamin E), askorbinsyre (vitamin C) og karotenoider (b-karoten). Disse produserer ikke kroppen selv og kommer fra eksogene kilder (Valko et al., 2007; Peternelj & Coombes, 2011). Antioksidantforsvaret fjerner eller nøytraliserer frie radikaler, fjerner stoffer som har fått oksidativ skade eller reparerer oksidativ skade. (Halliwell, 1996, Lindsay & Astley, 2002, Talalay, 2000). Endogene antioksidanter Cellene i kroppen produserer selv antioksidanter, enzymer med antioksidantfuksjoner eller andre komponenter som nøytraliserer og holder kontroll på oksidativt stress og frie radikaler. Endogene antioksidantsystemer responderer raskt til en økt produksjon av reaktive forbindelser (Powers & Jackson 2008). Det er i hovedsak tre enzymer som beskrives i denne sammenhengen, selv om det er flere andre stoffer som kan virke som antioksidanter (Blomhoff, 2004). 25

26 Superoksid dismutase Det første enzymet er SOD, dette er et forsvarsenzym i kroppen som er viktig i omsetning av ROS. Det beskytter alle celler i kroppen mot skade fra ROS som oppstår i mitokondriene under energiomsetningen. SOD regulerer også cellenes produksjon av viktige signalsubstanser. Ved fysisk aktivitet øker nivåene av SOD og GPx i kroppen (Drevon et al. 2007; Powers & Jackson, 2008). Glutation Det andre enzymet er GSH. GSH er et nøkkelmolekyl i cellens forsvar mot noen oksidasjonsprosesser som skjer i nærvær av O 2. Det bidrar til inaktivering av en rekke reaktive stoffer ved å selv la seg oksidere (Drevon et al. 2007; Powers & Jackson, 2008). Katalase Det siste enzymet er katalase. Det fungere som en katalysator der hydrogenperoksid omdannes til oksygengass og vann. Hydroksylradikalet. OH er blant de mest potente oksydasjonsmolekylene i biologiske systemer og kan denaturere proteiner, ødelegge DNA/RNA og karbohydrater, samt forårsake lipidperoksidering. For å unngå slike skader er cellene utstyr med katalase, som sammen bl.a. peroksidaser og jern er inkorporert for å nøytralisere de aktive oksygenradikalene (Drevon et al. 2007; Powers & Jackson, 2008). Eksogene antioksidanter Antioksidanter man inntar via kosten kan muligens styrke antioksidantforsvaret, enten ved å bidra med stoffer som nøytraliserer reaktive molekyler direkte eller ved å bidra med molekyler som stimulerer cellens eget antioksidantforsvar (endogene antioksidantforsvaret) (Blomhoff, 2004; Drevon et al. 2007; Powers & Jackson, 2008). Vitamin E Vitamin E består av en gruppe med forbindelser som løses opp i fett (fettløselig vitamin), disse inkluderer tokoferoler og tokotrienoler. Siden vitamin E er fettløselig, er det først og fremst fettstoff (lipid)-oksidasjoner som forhindres med vitamin E. Det er α- 26